Medir el ángulo de inclinación usando el giroscopio/acelerómetro MPU6050 y Arduino

Se puede medir el ángulo de inclinación usando MPU6050 simplemente conectando el sensor giroscópico/acelerómetro de 6 ejes MPU6050. El acelerómetro envía fuerzas de aceleración X, Y y Z. Necesitamos convertir las fuerzas en ángulos 3D X, Y, Z para determinar la orientación 3D del sensor.

El giroscopio mide la velocidad de rotación o la tasa de cambio de la posición angular a lo largo del tiempo, a lo largo de los ejes X, Y y Z. Utiliza tecnología MEMS y el efecto Coriolis para medir. Las salidas del giroscopio están en grados por segundo, por lo que para obtener la posición angular, sólo necesitamos integrar la velocidad angular.

El acelerómetro puede medir la aceleración gravitacional a lo largo de los 3 ejes y usando algunas matemáticas de trigonometría podemos calcular el ángulo en el que está posicionado el sensor. Entonces, si fusionamos o combinamos los datos del acelerómetro y el giroscopio del MPU6050, podemos obtener información muy precisa sobre la orientación del sensor. Por lo tanto, MPU6050 con Arduino puede medir el ángulo de inclinación.

Giroscopio/acelerómetro MPU6050

El sensor InvenSense MPU-6050 contiene un acelerómetro MEMS y un giroscopio MEMS en un solo chip. Es muy preciso, ya que contiene un hardware de conversión de analógico a digital de 16 bits para cada canal. Por lo tanto, captura los canales x, y y z al mismo tiempo. El sensor utiliza el bus I2C para interactuar con Arduino.

El MPU-6050 no es caro, especialmente teniendo en cuenta que combina un acelerómetro y un giroscopio.

Distribución de pines del MPU6050:

El módulo MPU-6050 tiene 8 pines:
INT: Interrumpe el pin de salida digital.
AD0: pin LSB de dirección esclava I2C. Este es el bit 0 en la dirección esclava de 7 bits del dispositivo. Si está conectado a VCC, se lee como uno lógico y la dirección del esclavo cambia.
XCL: Pin de reloj serie auxiliar. Este pin se utiliza para conectar el pin SCL de otros sensores habilitados para interfaz I2C al MPU-6050.
XDA: Pin de datos serie auxiliar. Este pin se utiliza para conectar el pin SDA de otros sensores habilitados para interfaz I2C al MPU-6050.
SCL: pin de reloj serie. Conecte este pin al pin SCL del microcontrolador.
SDA: pin de datos serie. Conecte este pin al pin SDA del microcontrolador.
GND: clavija de tierra. Conecte este pin a la conexión a tierra.
VCC: Pin de fuente de alimentación. Conecte este pin al suministro de +5 V CC.
Giroscopio de 3 ejes:

El MPU6050 consta de un giroscopio de 3 ejes con tecnología Micro Electro Mechanical System (MEMS). Se utiliza para detectar la velocidad de rotación a lo largo de los ejes X, Y, Z como se muestra en la siguiente figura.

Acelerómetro de 3 ejes:

El MPU6050 consta de un acelerómetro de 3 ejes con tecnología microelectromecánica (MEM). Solía ​​detectar el ángulo de inclinación o inclinación a lo largo de los ejes X, Y y Z como se muestra en la siguiente figura.

Diagrama de circuito y conexión

MPU6050 tiene pines I2C. Por lo tanto, debe estar conectado a los pines I2C de Arduino. Conecte los pines SDA de MPU6050 a A4 de Arduino y SCL a A5. Suministre una entrada de 5 V al MPU6050 y también conecte el GND como se muestra en la siguiente figura.

Conexión del MPU6050 con el Microcontrolador

Ejemplos: Wemos D1 Mini y Arduino Uno

Código fuente/programa

A continuación se muestra el código para medir el ángulo de inclinación usando MPU6050 y Arduino. Copie el código y cárguelo en la placa Arduino.

#include<Wire.h>

const int MPU_addr = 0x68;
int16_t AcX, AcY, AcZ, Tmp, GyX, GyY, GyZ;

int minVal = 265;
int maxVal = 402;

double x;
double y;
double z;


void setup() {
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU_addr);
  Wire.write(0x6B); //Dirección de memoria del Sensor
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission(true);
  Serial.begin(115200);

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

}
void loop() {

  String textoAImprimir; //Imprime el resultado por consola.
  delay (2);
  unsigned long tiempoInicio = millis();
  Wire.beginTransmission(MPU_addr);
  Wire.write(0x3B);
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU_addr, 14, true);
  AcX = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  AcY = Wire.read() << 8 | Wire.read();
  AcZ = Wire.read() << 8 | Wire.read();

  if (AcX == -1 && AcY == -1 && AcZ == -1 ) {
    Serial.println("No conection MPU6050");
    delay (1000);
  }

  else {
    int xAng = map(AcX, minVal, maxVal, -90, 90);
    int yAng = map(AcY, minVal, maxVal, -90, 90);
    int zAng = map(AcZ, minVal, maxVal, -90, 90);

      x = RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -zAng) + PI);
    y = RAD_TO_DEG * (atan2(-xAng, -zAng) + PI);
       z = RAD_TO_DEG * (atan2(-yAng, -xAng) + PI);

       Serial.print("x="+(String)x);
       Serial.print(", y="+(String)y);
       Serial.println(", z="+(String)z);


  }


  //////////Parpadeo//////////////////Parpadeo//////////////////Parpadeo//////// 
  
  static unsigned long timerBlink;
  if (millis() > timerBlink + 500) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN));
    timerBlink = millis();
  }


}

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La automatización en la movilidad personal no se limita a los motores eléctricos; la gestión eficiente de la energía mecánica es igual de crítica. Este proyecto aborda la problemática del cambio de marchas manual, que a menudo resulta en una cadencia ineficiente y fatiga prematura del ciclista.

El objetivo fue diseñar un sistema mecatrónico capaz de leer la cadencia de pedaleo en tiempo real y ajustar la relación de transmisión automáticamente. El sistema busca mantener al ciclista en su zona óptima de RPM (Revoluciones Por Minuto), actuando como una caja de cambios inteligente que reacciona antes de que el usuario pierda inercia. No es solo comodidad; es optimización de par y eficiencia energética aplicada a un vehículo de tracción humana.

📍 Barcelona

Trabajo realizado por Alumno del Programa de Tutorías HUE CAT para Futuros Ingenieros y Tecnólogos

Incluye Sensor PAS, Placa Arduino Uno, Módulo de LCD OLED

El núcleo del sistema se basa en una placa Arduino Uno que procesa las señales de un sensor de asistencia al pedaleo (PAS). A diferencia de los sistemas comerciales que solo detectan movimiento, aquí se implementó un algoritmo que calcula la frecuencia de los pulsos magnéticos para determinar la cadencia exacta.

La lógica de actuación sigue estos principios:

1. Lectura de Cadencia: Mediante interrupciones de hardware, se capturan los flancos de señal del sensor PAS para calcular las RPM instantáneas con latencia mínima.
2. Mapeo de Marchas: Se definieron umbrales de histéresis para evitar el «baile» de la cadena (cambios constantes e innecesarios). Si la cadencia supera el umbral superior (ej. 80 RPM), el sistema activa el servomotor para endurecer la marcha. Si cae por debajo del umbral inferior (ej. 50 RPM), se reduce la marcha para liberar carga.
3. Visualización: Un módulo OLED comunica al usuario el estado del sistema: marcha actual, RPM y modo de operación.

Este desarrollo demuestra cómo componentes estándar, gestionados por un código eficiente, pueden replicar sistemas de transmisión complejos.

#include <Servo.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// Configuración de Hardware
const int PIN_SENSOR_PAS = 2; // Usamos interrupción 0
const int PIN_SERVO = 9;
Servo desviador;

// Variables de lógica
volatile unsigned long ultimoPulso = 0;
unsigned long rpm = 0;
unsigned long tiempoUltimoCalculo = 0;
int marchaActual = 1;

// Umbrales de Cadencia (Configurables)
const int UMBRAL_SUBIR_MARCHA = 75;
const int UMBRAL_BAJAR_MARCHA = 45;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  desviador.attach(PIN_SERVO);
  pinMode(PIN_SENSOR_PAS, INPUT_PULLUP);
  
  // Interrupción para capturar cada imán del PAS sin detener el loop
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(PIN_SENSOR_PAS), contarPedaleo, RISING);
}

void loop() {
  // 1. Calcular RPM cada 500ms para estabilidad
  if (millis() - tiempoUltimoCalculo > 500) {
    calcularRPM();
    ajustarTransmision();
    tiempoUltimoCalculo = millis();
  }
  
  // Aquí el procesador está libre para actualizar OLED u otras tareas
}

void contarPedaleo() {
  // Debounce simple y registro de tiempo
  if (millis() - ultimoPulso > 50) { 
    rpm = 60000 / ((millis() - ultimoPulso) * 5); // Asumiendo 5 imanes en el plato
    ultimoPulso = millis();
  }
}

void ajustarTransmision() {
  // Lógica de histéresis para evitar cambios erráticos
  if (rpm > UMBRAL_SUBIR_MARCHA && marchaActual < 5) {
    marchaActual++;
    moverDesviador(marchaActual);
  } else if (rpm < UMBRAL_BAJAR_MARCHA && marchaActual > 1 && rpm > 10) {
    // rpm > 10 evita bajar marchas si la bici está quieta
    marchaActual--;
    moverDesviador(marchaActual);
  }
}

void moverDesviador(int marcha) {
  // Mapeo de ángulos calibrados para cada piñón
  int angulo;
  switch(marcha) {
    case 1: angulo = 10; break;
    case 2: angulo = 35; break;
    case 3: angulo = 60; break;
    // ... completar calibración
    default: angulo = 10;
  }
  desviador.write(angulo);
}

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En el procedimiento, cada ciclo fue programado como una «Máquina de Estados Finitos»

La lista de Hardware de este proyecto es:

-ESP32

-Sensores digitales/fotocélulas

-LCD 1602 con módulo I2C

-Botonera de 4 salidas simple

-Salidas con relay

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Proyecto de programación de acciones e iteraciones en Software para ubicar las esferas en diferentes posiciones.

Un brazo robótico es un dispositivo mecánico controlado por computadora que se utiliza para manipular objetos de manera similar a un brazo humano. Estos brazos robóticos se pueden programar para realizar una variedad de tareas, desde simples movimientos hasta operaciones más complejas. La programación de acciones e iteraciones en software es fundamental para controlar y coordinar los movimientos del brazo robótico.

Arduino es una plataforma electrónica de código abierto que se utiliza ampliamente en proyectos de robótica, incluidos los brazos robóticos. Proporciona una forma fácil de controlar y programar componentes electrónicos, lo que permite a los ingenieros y aficionados crear sus propios sistemas robóticos.

La ingeniería mecatrónica es una disciplina que combina elementos de ingeniería mecánica, electrónica y de control para diseñar y construir sistemas automatizados. Los brazos robóticos son un ejemplo común de aplicación de la ingeniería mecatrónica, ya que requieren conocimientos en estas áreas para su diseño y programación.

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Con algunos conocimientos del lenguaje C, se pueden programar estos «CHIP» para interactuar con cualquier objeto del mundo.

La comunicación adquiere gran importancia en los sistemas embebidos. Lo normal es que el sistema pueda comunicarse mediante interfaces estándar de cable o inalámbricas. Así un SI normalmente incorporará puertos de comunicaciones del tipo RS-232, RS-485, SPI, I²C, CAN, USB, IP, Wi-Fi, GSM, GPRS, DSRC, etc.

El subsistema de presentación tipo suele ser una pantalla gráfica, táctil, LCD, alfanumérico, etc

Se denominan actuadores a los posibles elementos electrónicos que el sistema se encarga de controlar. Puede ser un motor eléctrico, un conmutador tipo relé etc. El más habitual puede ser una salida de señal PWM para control de la velocidad en motores de corriente continua

El módulo de E/S analógicas y digitales suele emplearse para digitalizar señales analógicas procedentes de sensores, activar diodos ledes, reconocer el estado abierto cerrado de un conmutador o pulsador, etc

El módulo de reloj es el encargado de generar las diferentes señales de reloj a partir de un único oscilador principal. El tipo de oscilador es importante por varios aspectos: por la frecuencia necesaria, por la estabilidad necesaria y por el consumo de corriente requerido. El oscilador con mejores características en cuanto a estabilidad y coste son los basados en resonador de cristal de cuarzo, mientras que los que requieren menor consumo son los RC. Mediante sistemas PLL se obtienen otras frecuencias con la misma estabilidad que el oscilador patrón

El módulo de energía (power) se encarga de generar las diferentes tensiones y corrientes necesarias para alimentar los diferentes circuitos del SE. Usualmente se trabaja con un rango de posibles tensiones de entrada que mediante conversores ac/dc o dc/dc se obtienen las diferentes tensiones necesarias para alimentar los diversos componentes activos del circuito

Además de los conversores ac/dc y dc/dc, otros módulos típicos, filtros, circuitos integrados supervisores de alimentación, etc

El consumo de energía puede ser determinante en el desarrollo de algunos sistemas embebidos que necesariamente se alimentan con baterías, con lo que el tiempo de uso del SE suele ser la duración de la carga de las baterías

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PROTOTIPO I

Microcontrolador ESP32

PROTOTIPO 2

Arduino Mega 2560

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